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Auch in der Nacht, wenn Solaranlagen keinen Sonnenstrom produzieren, kann es zu Verlustleistungen kommen.

Bild: iStock, filo

Einspeiseregler in PV-Parks Warum Blindleistungsregelung auch in der Nacht wichtig ist

07.06.2021

Bei bestimmten Konstellationen erzeugen Photovoltaikanlagen auch in der Nacht kapazitive Verlustleistungen. Damit Netzbetreiber keine Blindleistung zukaufen müssen, gibt es die neue Regelfunktion Q@Night. Sie wird in einem Pilotprojekt in Sachsen-Anhalt eingesetzt und spart dort jährlich fünfstellige Beträge ein.

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Die im sachsen-anhaltinischen Köthen ansässige Firma ASG Engineering hat sich auf die Beratung, Planung, Umsetzung und Betriebsführung von Photovoltaikanlagen spezialisiert. Zu ihrem Leistungsspektrum gehört ebenfalls die Integration der Anlagen und Speicher in die bestehende Infrastruktur mit optimaler Nutzung des Eigenstromverbrauchs. Darüber hinaus beschäftigt sich das Unternehmen mit der Lastspitzenkappung sowie Speicherlösungen für Microgrid-Systeme.

Einen besonderen Stellenwert bei ASG nimmt allerdings die Errichtung eigener PV-Kraftwerke ein. Dazu werden geeignete Flächen gepachtet oder gekauft. Mittlerweile hat das Unternehmen über 100 Projekte im Bereich Dach- und Freifläche realisiert. Bei einem der jüngsten Projekte handelt es sich um einen 10-MW-Park im Dessora-Industriepark im östlichen Sachsen-Anhalt.

„Eine PV-Anlage dieser Größenordnung ist schon etwas Besonderes“, erzählt René Wollmerstädt, einer der beiden ASG-Geschäftsführer. „Wir haben zwar bereits 25 PV-Freifeldanlagen mit einer Gesamtleistung von mehr als 28 MW installiert, doch das Kraftwerk im Dessora-Industriepark ist das bisher größte.“

Attraktiver Industriepark

Der Name „Dessora“ leitet sich daraus ab, dass der Industriepark genau zwischen Dessau und Oranienbaum-Wörlitz liegt. Dessau ist nicht nur Architekturinteressierten durch das 1925/26 von Walter Gropius geplante Bauhausgebäude ein Begriff. Als weniger bekannt zeigt sich die Stadt Oranienbaum-Wörlitz. Ihr Name geht auf eine Orangerie zurück, die ab 1812 erbaut wurde und noch heute als eine der größten ihrer Art in Europa in der ursprünglichen Funktion verwendet wird.

Der Dessora-Industriepark befindet sich direkt an der B107. Die Nähe zur Autobahn A9, dem 60 km entfernten Flughafen Leipzig und einem in der näheren Umgebung liegenden Binnenhafen sorgt für eine gute verkehrstechnische Anbindung. Im Gewerbe- und Industriegebiet haben sich neben dem Photovoltaikpark Lebensmittel- und Entsorgungsunternehmen sowie ein Beton- und ein Pelletwerk angesiedelt.

Besserer Ertrag durch Half-Cut-Module

Die 80 PV-Tische von ASG stehen zwischen einer Brezelbäckerei und dem genannten Betonwerk. Auf den größten Tischen sind 360 Module des chinesischen Herstellers Longi in Sechserreihen angeordnet. In ihnen wurden halbe Solarzellen verbaut. Bei dieser sogenannten Half-Cut-Technologie teilt sich das Solarmodul in gleich große Zwillingshälften, die in der Mitte parallel geschaltet werden. Dadurch halbiert sich auch der Strom pro Modul, was mit einem reduzierten Leistungsverlust in der Zelle einhergeht.

Dieser geringere Leistungsverlust erhöht wiederum den Füllfaktor und Wirkungsgrad der Zellen, sodass sich insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung ein besserer Energieertrag ergibt. Die DC-Leistungen der PV-Module werden auf insgesamt 37 Sungrow-Inverter geführt, die 1.500 V Gleichspannung in 800 V Wechselspannung umwandeln. Die Wechselspannung wird anschließend in vier Trafostationen, die verteilt im Photovoltaikpark angeordnet sind, von den 0,8 auf 20 kV Mittelspannungsebene umgeformt.

Bevor die Spannung in das Netz der Mitnetz Strom eingespeist werden kann, muss sie zunächst über ein 3 km langes Erdkabel zum Netzanschlusspunkt übertragen werden. Das Netzgebiet von Mitnetz Strom umfasst eine Fläche von 30.804 km2 in den Regionen Brandenburg, Sachsen-Anhalt, Süd-Sachsen und West-Sachsen. In Summe werden rund 2,3 Millionen Menschen beliefert.

Kein Zukauf mehr von Blindleistung

Am Netzanschlusspunkt ist der auf der PLCnext Technology basierende Einspeiseregler von Phoenix Contact installiert. Das gemäß der deutschen Anwendungsrichtlinie VDE-AR-N 4110/4120 zertifizierte Gerät stellt sicher, dass dezentrale Energieerzeugungsanlagen, die an Mittel- und Hochspannungsnetze angekoppelt sind, netzkonform einspeisen.

Da sich Hard- und Software des Einspeisereglers jederzeit individuell und projektspezifisch anpassen lassen, gestaltete es sich für die ASG-Mitarbeiter einfach, das Gerät um die Funktion der Q@Night-Regelung zu erweitern. Hinter dem Begriff verbirgt sich die Blindleistungsregelung bei Nacht. Doch warum ist das ausgerechnet dann notwendig, wenn die PV-Anlage gar keinen Sonnenstrom produzieren kann?

Wie bereits erwähnt, liegt der Netzanschlusspunkt 3 km vom Photovoltaikpark entfernt. Aufgrund der großen Leitungslänge entstehen besonders in der Nacht kapazitive Verlustleistungen. Die Trafostationen im Park generieren ebenfalls Verluste, wobei es sich um induktive Verlustleistungen handelt. Um solche Verlustleistungen zu kompensieren, müsste der Parkbetreiber im Normalfall Blindleistung kostenpflichtig vom Netzbetreiber beziehen. Der finanzielle Aufwand für einen solchen Zukauf würde sich im Verlauf eines Jahres auf einen mittleren fünfstelligen Betrag addieren.

In einem solchen Fall ist es selbstverständlich, dass ASG gegensteuert, damit sich die Kosten minimieren. Die vom Unternehmen programmierte und auf den EZA-Regler implementierte Reglerfunktion Q@Night sorgt nun dafür, dass die Wechselrichter des Photovoltaikparks in der Nacht nicht wie üblich herunterfahren. Vielmehr stellen sie weiterhin Blindleistung bereit, um am Netzanschlusspunkt einen cos ϕ von genau 1 zu erreichen. Auf diese Weise werden die induktiven und kapazitiven Eigenschaften der parkeigenen Elemente – also Leitungen und Trafos – ausgeglichen.

Datenkommunikation per RS485

Die Weiterleitung der Steuerungssignale zur Q@Night-Regelung erfolgt über eine Glasfaserleitung auf einen Buskoppler Axioline F BK ETH, der in einer der vier Trafostationen im 3 km entfernten PV-Park installiert ist. An den Buskoppler reihen sich RS-Uni-Module an, die den Betrieb von Peripheriegeräten mit serieller Schnittstelle am Bussystem erlauben.

Vom Buskoppler erhalten die in 16 Strängen sternförmig angebundenen Wechselrichter per RS485-Datenkommunikation die Vorgaben, die sowohl für die Einspeiseregelung als auch die Blindleistungsregelung bei Nacht erforderlich sind. „Die Q@Night-Regelung setzt voraus, dass die Wechselrichter eine entsprechende Fahrweise in der Nacht unterstützen“, erklärt Christopher Werlitz, für den Netzanschluss und die Kommunikation verantwortlicher Projektleiter bei ASG.

Dessora-Größe als Standard?

In einer Region, in der bis Anfang der 1990er-Jahre noch 100 Millionen Tonnen Braunkohle abgebaut wurden, prägen heute erneuerbare Energieerzeugungsanlagen das Landschaftsbild. Aus Sonne Energie gewinnen, emissionsfrei und effektiv – das war die Herausforderung, die die beiden Geschäftsführer Jan Wecke und René Wollmerstädt 2007 zur Gründung von ASG Engineering bewogen hat. Seit 2014 ergänzt außerdem Alexander Henze als weiterer Geschäftsführer das Unternehmen.

Wollmerstädt sieht den Trend, dass in Zukunft Anlagen der Dessora-Größe die Standarddimension bilden werden. Jede Photovoltaikanlage ist allerdings einzigartig. Daher sind die ASG-Geschäftsführer froh, dass ihnen die Solarspezialisten von Phoenix Contact bei allen im Rahmen von Planung, Installation und Netzanschluss anfallenden Aufgaben jederzeit mit Rat und Tat zur Seite stehen.

Bildergalerie

  • Das 10-MW-Kraftwerk im Dessora-Industriepark ist eine Pilotanlage für die Reglerfunktion Q@Night.

    Bild: Phoenix Contact

  • Der EZA-Regler erfüllt alle Anforderungen der deutschen Übertragungsnetzbetreiber und lässt sich flexibel auf projektspezifische Anforderungen anpassen.

    Bild: Phoenix Contact

  • Vom PV-Park bis zum Netzanschlusspunkt sind 3 km zu überwinden, bevor der grüne Strom ins Mittelspannungsnetz eingespeist werden kann.

    Bild: Phoenix Contact

  • Die Wechselrichter werden per RS485-Datenkommunikation an den Buskoppler angebunden.

    Bild: Phoenix Contact

  • Christopher Werlitz ist bei ASG Engineering als Projektleiter hauptverantwortlich für den Netzanschluss und die Kommunikation.

    Bild: Phoenix Contact

  • Christopher Werlitz (links) und Burkhard Dittmann tauschen sich über das realisierte Q@Night-Projekt aus.

    Bild: Phoenix Contact

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